310 Schwarz: Anwendung eines Mehrkomponenten-Spritzverfahrens bei der Isolierbeschichcung

Anwendung eines Mehrkomponenten-Spritzverfahrens bei der Isolierbeschichtung von Beton und Stahl in der Industrie

Von W. Schwarz. Essen

Ungesattigte Polyesterharze wurden in verschiedener Form bereits lange in der Lacktechnik verwendet, ehe man Elide der dreii3iger Jahre ihre hervorragende Eig- iiung als Laminierharze erkannte. I n Europa und beson- der in Deutschland wurden die begonnenen Entwick- lungsarbeiten durch den Krieg unterbrochen. I n den USA dagegen wurden Polyesterharz-Fabriken in groi3tem Um- fange errichtet, nachdem die Rustungsindustrie in den glasfaserverstarkten Kunstharzen, den GFK, einen Werk- stoff fand, der bis dahin nur ein Wunsch der Konstruk- teure war.

Nach deni Kriege wurde der Vorsprung der USA auch in Deutschland eingeholt und G F K werden seither in standig steigendem Mafie zur Produktion von Sport- und Gebrauchsbooten, Karosserien, Behaltern sowie Fertig- imd Formteilen vielfaltigster Art eingesetzt.

Die Verfahrenstechnik der G F K erstreckte sich zunachst auf die Handauflegemethode unter Verwendung harzge- trankter Matten und Gewebe aus Glasseide, die auch heute noch ublich ist. Fur die Fertigung von Formteilen in groi3en Stuckzahlen wurde das Warmprefiverfahren in Kombination rnit dem Glasfaser-Vorformverfahren ent- wickelt. In einem baonderen Arbeitsgang werden form- gerechte Glasfaserkorper hergestellt, die nach Aufgabe der zur Trankung erforderlichen Harzmenge in heheizten Preflwerkzeugen unter Druck ausgehartet werden.

Eine wesentliche Bereicherung der Verarbeitungstechnik der GFK brachte die Entwicklung des Kunstharz-Fascr- Spritzverfahrens, das den G F K neue Gebiete erschloi3, so z. B. auch die Chemische Industrie sowie den Hoch- uiid 'Tiefbau, soweit es sich um die Isolierung und Auskleiduiig r o n Bauteilen gegen Feuchtigkeit und aggressive Medien handelt. Bei diesem Verfahren dient textile Glasseide, i t ) Form von Strangen, unter Umgehung der daraus bishcr erfolgten Herstellung voii Matten und Geweben als Ver- Ptarkungsmaterial, unmittelbar der Armierung der H a r z schich t .

Zwei fur sich allein bei Raumtemperatur nicht hartende Harzgemische, von denen eines katalysiert ist, wahreiid das andere einen Beschleuniger enthalt, werden getrennt einer Spritzeinrichtung zugefiihrt, unter gleichzeitigern Zutritt geschnittener Glasfasern vermischt und verspruht.

Kleine Faser-Harz-Spritzanlagen, die fur den Einsatz in Werkraumen und zur Herstellung von Formteilen jeder Art und Groi3e bestimmt sind, stehen neben einer robusten Baustellenausfiihrung zur Verfugung. Das Gerat besteht aus den beiden Harzbehaltern - dem Harzteil -, den] ebenfalls durch Prei3luft betriebenen Faser-Schneidwerk - Faserteil -, sowie der handlichen Zweiliomponenten- spritzpistole. Die Harzgemische stchen im Verhaltnis 1 : 1. Der Forderdruck der Harzbahalter sowie die einstell- baren Nadelventile der Harzdiisen gestatten eine genaue Dosierung der Komponenten.

Die sich damit bietende Moglichkeit, Beton uiid andere Werkstoffe durch Spritzauftrag einer GFK-Schicht zii

isolieren und auszukleiden, erweckte in Fachkreiseii starkes Interesse und fuhrte zur praktischen Anwendung des Verfahrens. Jedoch traten zunachst erhebliche Scliwie rigkeiten und Probleme auf und erst durch eine Zusam- ineiiarbeit der Harzhersteller mit dem die Maschineii bauenden Unternehmen und einer das Verfahren in die Praxis umsetzenden Fachfirma, gelang die Durchbildung von Maschine, Harzen und Aiiwendungstechnik zur Bau stellenreife, und damit zur Marktfahigkeit.

Groi3e Schwierigkeiten bereitete die hohe Alkalitat deb Betons, die zur schnellen Zerstorung der damals bekaiinten Polyesterharze fuhrte. Es gelang fur die Betonbeschich tung Spezialharze zu schaffen, die bei recht guter Chemi- kalienbestandigkeit eine besonders hohe Alkalifestigkeit besitzen, wobei sich unter anderem Polyesterharze aid Basis von Isophthalsaure bewahrten. Standardharze er- wiesen sich als vollig ungeeignet und sollten daher keines- falls eingesetzt werden.

Ein zunachst unlosbar erscheinendes Problem war die starke elektrostatische Aufladung der Faserstrange auf deni Wege voii der Eiitnahmespule zum Schneidwerk uiid von da zur Spritzpistole. Die Fasern verstopften das Schneidwerk oder wurden in Intervallen und in Form groi3er Ballen ausgeblasen, so dai3 eine gleichmaflige Faser verteilung iiicht erreichbar war. Mit der Entwicklung eines antistatischen Spezial-Rovings durch die Textilglasher- steller und der Langenbegrenzung des Faserschlauches an der Maschilie wurde dieses Problem gelost. Den rauhen Betriebsbediiiguiigen in Chemiebetrieben und auf Bau- stellen uber und unter Tage mui3te bei der Konstruktioii einer robusten und klimafesten Faser-Harz-Spritzanlage Rechnung getragen werden.

Das Faserschneidwerk wurde von der Spritzpistole und den Harzbehaltern getrennt. Die Fasei-n werden iiber eine Schlauchleituiig der Pistole zugefiihrt.

Nachdem die Harze, das Glasseidematerial und die Spritzanlage den Erfordernissen entsprachen, waren aber noch nicht alle Schwierigkeiten beseitigt, denn fur die porendichte Beschichtung voii Beton und anderen Werk- stoff en erwies sich die bei der GFK-Fcrmteilherstellung geeignete Verfahreiistechnik dafur als nicht anwendbar.

An der Durchbildung einer speziell der Werkstoff- beschichtung dieiienden Technologie ha t eine deutsche Spezialbaugesellschaft, die auf diesem Gebiet heute fiih- rend ist uiid die Faser-Harz-Spritztechnik seit Jahren fur Isolierungen und Auskleidungen groi3ten AusmaBes ein- setzt, entscheidend mitgewirkt. Das Verfahren ist auf- grund der in Deutschland erzielten guten Erfolge auch von Uiitcrnehmen des Auslandes iibernommen worden.

Die Technik des Verfahrens besteht darin, geschiiitteiie Fasern und zwei Harzkomponenten in regelbarer oder festzulegcnder Menge von Fasern und H a r z auf Bau- korper aufzutragen. Dabei mui3te von vornhereiii von der fur den Anwendungsbereich erforderlichen Zielsetzuiig ausgegangen werden, unabhangig von der jeweiligen Lage

WerkstofPe und Korrosion

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der Spritzpistole, das Arbeiten vertikal nach unten und uber Kopf zu ermoglichen, und dabei das Faser-Harz- gemisch ohne wesentlichen Faserverlust auf dem Unter- grund hafken zu lassen.

Die Beschichtung von Flachen diirfle zunachst am haufig- sien auf Beton erfolgen. Beton ist ein Produkt mit stark alkalischem Charakter, den er auch noch nach Jahren auf- weist. pH-Werte von 12 bis 14, auch bei altem Beton, sind daher normal.

Eine vorherige ausreichende Reinigung der Eetonflachen, gegebenenfalls durch Sandstrahl, ist ebenso erforderlich, wie die Trocknung der Oberflache.

Fur die Herstellung der glasfaserverstarkten Polyester- Leschichtung hat sich nach den notwendigen Vorarbeiten fur den Anwendungsbereich Bauindustrie und Industrie folgende Arbeitsmethode als zweckmafiig erwiesen :

Zunachst erfolgt eine Grundierung. Danach wird das Laminat aufgetragen. Das Laminat wird sofort mit mog- lichst trockenen Lammfellwalzen verdichtet. Dieseni Arbeitsvorgzng ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken.

SchlieBlich erfolgt derAuftrag der 1. und 2. Deckschicht, Gesamtstarke etwa 3,O bis 3,5 mm. Eine gute Aushartung ist auch fur diesen Anwendungsbereich die Grundvoraus- 5etzung fur ein einwandfreies Endprodukt.

Die fertiggestellte Beshichtung wird schliefilich mit einem elektrischen Prufgerat auf Porendichtigkeit unter- sucht. Auf diese Weise ist es moglich, die Dichtigkeit der lsolierung festzustellen, ein Vorteil, der dieses Verfahren in besonderem Mai3e auszeichnet.

Die Forderungen, die an die Isolierung oder Ausklei- dung eines Baukorpers gestellt werden, bestehen in einer absoluten Porendichtigkeit, gegebenenfalls chemischen Be- standigkeit, guten Haftfestigkeit auf dem Untergrund, hohen mechanischen Festigkeiten und nach Moglichkeit einer Dehnung, die auch die Oberbruckung von feinen Rissen (Haarrissen) in dem Baukorper ermoglicht.

Die Bruchdehnung glasfaserverstiirkter Polyesterharze im Kurzzeitversuch wird im allgemeinen mit 2 bis 3 % nngegeben. Es ist zu empfehlen, glasfaserversdrkte Poly- esterbeschichtungen nur auf monolytische Baukorper auf- zutragen.

Der durchschnittliche Fasergehalt liegt bei Spritzbe- schichtungen zwischen 20 und 30%, jedoch konnen auch hohere Gehalte bis etwa 40% erreicht werden. Das ver- spritzte Faser-Harzgemisch ist infolge des hohen Faser- \olumens noch locker und flauschig und muB durch Wal- zen verdichtet und von Lufkeinschliissen befreit werden, um eine porenfreie GFK-Schicht mit guten mechanischen Eigenschafken entstehen zu lassen.

Das Auskleiden von Behaltern, Trinkwasser- und Ab- wasserkanalen sowie von Schwimmbadern ist bisher nieistens durch Anstrich oder Plattierung erfolgt.

Zunachst wurde eine Isolierungsschicht aufgebracht und darauf der Belag. Erst beide Schichten gemeinsam er- geben die vollstandige Auskleidung.

Die im Kunstharz-Faser-Spritzverfahren aufgetragene, glasfaserverstarkte Polyesterbeschichtung wird in einer einzigen Schicht beiden Anforderungen gerecht.

Sie stellt, aufgrund der ihr eigenen Vorzuge in Bezug auf Dichtigkeit, eine ausgezeichnete Isolierung dar und isr andererseits, farblich entsprechend gestaltet, eine eben- solche Auskleidung. Die Besdndigkeit der Auskleidung

ist fur Wasser- und Saurebehalter, Ulabscheider, Behalter der chemischen Industrie sowie fur Bunker, Begasungs- zellen von Getreidespeichern und im Silobau von groi3ter Bedeutung.

Da Beschichtungen in sachgemai3er Ausfuhrung physio- logisch und unbedenklich sind, werden auch Trinkwasser- KanaIe damit versehen.

Es bestehen keine Schwierigkeiten, die Aussparungen im Beton fur Oberlaufrinnen und Rohranschlusse im Faser- Harz-Spritzverfahren fugenlos zu beschichten.

Die Beschichtung von grofien Wasser- und Sportanlagen ist innerhalb der monolithischen Baukorper, also von Dehnungsfuge zu Dehnungsfuge, gegeben.

Die iiur als Beispiele herausgegriffenen Objekte zeigen, auf welcher Breite der Einsatz dieses Verfahrens fur AUS- kleidungen moglich ist.

Die Isolierung von Fundamenten, Stutz- und Stau- mauern, Wannen, Schachten und Kellern stellt ein wei- teres Anwendungsgebiet dar.

Die HaRung aufgespritzter Faser-Harzgemische auf dem Untergrund ist gut. Untersuchungen von Betonbe- schichtungen ergaben, dai3 bei Ausreiaproben die Beschich- tung nicht an der Haftflache HarzIBeton abgerissen wird, sondern dai3 stets im Beton der Bruch eintritt und zwar im Bereich der Feinmortelschicht.

Wenn eine gute HaRflache geschafien wird, z. B. durch Sandstrahlung des Untergrundes, so kann auch Stahl be- schichtet werden.

Fur die Beschichtung von Bauteilen in chemischen Be- trieben haben sich - neben Polyesterharzen - auch Epoxydharze - mit und ohne Faserarmierung - als ge- eignet erwiesen. Ein Zusatz von Fullstoff en verringert nicht nur die Schwindung der Faser-Harzgemische, son- dern erhoht auch deren mechanische Festigkeit, insbeson- dere aber auch deren chemische Bestandigkeit. Um dies zu erreichen, kommt der richtigen Auswahl der Full- stoffe groi3e Bedeutung zu.

Die Hohe des Fullstofigehaltes ist von der Viskositat der verwendeten Epoxyd- und Polyesterharze abhangig. Normalerweise werden 30 bis 40 Gew.-Teile Fullstoff, auf die Harzmenge bezogen, zugemischt.

Die ausgezeichneten elektrischen Eigenschafken seien iiur am Rande erwahnt und werden in der Hauptsache von den Eigenschafien der verwendeten Glasfasern, von der Harzart, von der Bindung zwischen Glasfaser und Harz und nicht zuletzt von dem Fullstoff bestimmt.

Trotz aller Erfolge - bei wohl abgewogenem Einsatz und sinnvoller Anwendung mussen sich Bauingenieure und Rohstoffhersteller daruber klar sein, dai3 der Verbund von glasfaserverstarkten Polyesterharzen und Baukorpern me- chanische und chemische Fragen aufwirfi, die vor Beginn einer Arbeit einer eingehenden Untersuchung und Kla- rung bedurfen.

Die unterschiedlichen Langendehnungen von glasfaser- verstarkten Polyesterharzen und Beton ergeben Probleme, die bei der Betrachtung des Verbundes beider Baustofie nicht zu unterschatzen sind und eine genaue Prufung er- fordern. Bei groBeren Temperaturunterschieden werden sich in der Grenzschicht Spannungen ergeben, die eine Hafkung der Beschichtung auf dem Untergrund nicht mehr gewahrleisten und zu Stauchungen oder nicht kontrollier- baren Zugspannungen fuhren konnen.

Jahrgang 1965 Heft 4

312 Referate: Werkstoffverhalten und Werkstoffeigenschafen

Besondere Bedeutung haben in der letzten Zeit Epoxyd- Teersysteme als Material f u r Isolierbeschichtungen, meist ohne Faserverstarkungen, in der Chemie u n d im Hoch- u n d Tiefbau erlangt. Es werden zwei Komponenten ver- wendet, wobei die Komponente A das Epoxydharz, die Komponente B, neben dem erforderlichen Har t e r , den Teer enthalt.

In den USA werden diese Gemische nicht n u r fu r die a Beschichtung von Boden und Anlagen in chemischen

Fabriken, sondern in erheblichem Mai3e auch als oberer StraBenbelag eingesetzt. Ein solches Gemisch kann die drei- bis vierfache Menge seines Gewichtes in Form kor- niger Fullstoff e aufnehmen.

I n dieser EpoxydhardTeer-Kombination sind die guten Eigenschaften von Epoxydharz und Teer miteinander ver-

-einigt. Gutes Haftvermogen, Harte , Widerstandsfahigkeit gegen Chemikalien und Temperaturbestandigkeit des Epoxydharzes sind hier verbunden mit der Bestandigkeit gegen nichtorganische Losungsmittel und der wasserab- weisenden Wirkung des Teeres.

Damit ist ein Material auf dem Markt, das sich seihr gut eignet fu r A d e n - und Innenbeschichtungen u n d damit auch als Korrosionsschutz gegen Witterung, Industrie-

atmosphare und Chemikalienangriff auch bei starker Beanspruchung, beispielsweise bei mechanischem Abrieb sowie Korrosion durch Salzwasser.

Abschliei3end mui3 gesagt werden, da8 bei der Fulle der Moglichkeiten - in dieser Abhandlung wurden n u r wenige herausgegriff en - der Bauingenieur daher nu r nach eingehendster technischer Prufung, unter Berucksich- t igung der vor1,iegenden Erfahrungen, entscheiden sollte, ab die ihm gestellte Aufgabe durch die zweckmai3ige und sinnvolle Verwendung von Kunststoff e n einwandfrei ge- lost werden kann.

(Eingegangen: 30. 7. 1964)

Anschrif : W . Schwuvz, Torket GmbH., 43 Essen, Zweigertstr. 36/38 - -

Das gleiche Thema wird auch in einem Beitrag zu dem dem- nachst im Verlag Chemie erscheinenden ,,Kleinen Handbuch des Saureschutzbaues", herausgegeben von Dr.-Ing. F . K . Fulcke, behandelt werden. Dieses Werk gibt einen Gesamtuberblick uber den Stand der Technik im Saureschutzbau (Schutz von Apparaten, Behaltern, Gebauden und baulichen Anlageteilen vor chemischem Angriff). Umfang etwa 360 Seiten. Preis ca. DM 50,-.

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--liihren. Die Wnderungen sind am groiiten bei Weichstahl und am kleinsten bei Al. Die Restspannung ist nach GroBe und Richtung veranderlich und tri t t in der Querrichtung als Zug- spannung auf. - E. Tsch. (1 a. 1485f)

Die Verschiedenheit der Korngrenzen in Metallen und Legie- rungen. A. K. B e s k r o v n y i. Trudy Kharkov. Politekh. Inst. 11 (1957) 153/9; n. Ref. Zhur. Met. (1958) A. Nr. 8015; n. C. A. 54 (1960) Nr. 21,22245f. - Die an den Korngrenzen

d 2.u-feinander liegenden Flzchen weisen Unterschiede in Loslich- keit, Diffusion und Empfiadlichkeit bei Warmebehand'lung auf: anodische und kathodische Bereiche entstehen durch die Unterschiede der elektronischen Bindung. Nach Versuchen bikdet sich in iibereutektoiden Stahlen Perlit gegeniiber Kor- ncrn von hochstem Potential, Al-Bronze- Eutektoid bildet sich erst in Bereichen niedrigsten Potentials. Schichten mit kleinsten Potentialwerten sind gegen elektrochemischen oder thermischen Angriff weniger bestandig. - H. M. E. I>.

(1 a.1753f)

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R e f e r a t e

Werkstoff verhalten und Werkstoff eigenschafien

Bauschinger-Effekt und die Restspannungen in kaltgewalz- tem Blech. M. G. B a d e r und J. F. H u g h e s. Sheet Metal Ind. 41 (1964) Nr. 450, S. 809/13. - Die als B a u s c h i n g e r- Eff ekt bezeichnete A b w i d u n g von Druck- und Zugspannung tritt bei isotropem Werkstoff nicht auf. Wahrend des Kalt- walzens werden BIeche durch die verschiedenartige Beanspru- chung wegen der unterschiedlichen Spannungsverteilung auf ihre Kristallstruktur anisotrop. An Blechpruflingen mit ver- schiedenem Walzgrad wurden unter verschiedenen Winkeln Zug- und Druckpriifungen durchgefiihrt. Untersucht wunden dabei Proben aus Kupfer von 6,3 mm Dicke, handelsiibliches A1 gleicher Dicke sowie Weichstahlproben von 152 mni Breite und 12,7 mm Dicke. Diese Werkstoffe wurden auf ihre Dickic kaltgewalzt, gegliiht, gebeizt und schliealich kalt fertiggewalzt niit Kaltwalzgraden zwischen 20 und 80 O / o . Dann wurden die Zug- und Druckfestigkeiten an den Blechen rnit ublichen Festigkeitsprufmaschinen bestimmt, wobei die Winkel zur Walzrichtung 0, 30, 45, 60 umd 90° betrugen. Die erhaltenen Ergebnisse sind vermutlich auf eine restliche Druckspannung in der Ebene des Bleches parallel zur Walzrichtung zluriickzu-

Darstellung von Nitros ylfluorid und seine Eigenschaften. G. A. S o k o l s k i i und I. L. K n u n y a n t s . Izvest. Akad. Nauk SSSR. Otdel. Khim. Nauk (1960) 779/83; n. C. A. 54 (1960) Nr. 21, 22127d. - NOF wirfd entweder aus kriscalli- siertelm (NO),S,O, + KF durch Erhitzen in Cu-GefaB auf- 2010' und Auffangen des Destilllates bei - looo oder Durch- leiten von 160 bis 280 ml NO und 120 bis 1Q5 ml/min F2 durch einen Cu-Reaktor hergestellt. Einleiten von NOF in H,O ergibt NO, F, NO, und NO,. In fliissigem N O F wurden eingehangte Metallstreifen in abnehmendem Grade nach fol- gender Reihe angegriffen: Sn - Pb - SrahlEZh2 - Stahl YalT - Cu - Sn-Blech - Stahl 3 - A1 - 50-30 leg. Cu-Ag - Zn - Stahl YaTl - Ms - N i - Stahl IKhl8N9T. Sn loste sich vollstanldig als Nitrosoniuni-hexafluorstannat. Cr-Ni-Stahl und Elektrolyt-Ni waren fast unangegriffen. - g H. M. E. L. (1 a.1637f)

Natur der bei Reibung und VerschleiB gebildeten weiBen Schichten. P. K. T o p e k h a . Trudy Pervoi Nauch-Tekh. Konf. Kiev. Inst. Grazhdansk, Vozdushn. Flota Moscow (1956) 214/26; Ref. Zhur. Met. (1958) A. Nr. 8324; n. C. A. 54 (1960) Nr. 21, 22246~. - W'eif3e Schichten bilden sich bei oxydieren- der Rei'bung, wenn di,e Gleitgeschwindigkeit 2,0 misec erreicht. In der ersten Stufe oxydierender Reibung wird eine fehlgeord- iiete feste Losung von 0 im MetaU gebildet; die Schicht hat hohere Beweglichkeit und wird durch die ublichen Beizen scliwer entfernt. In der zweiten Stufe wird eine weitle, sehr briichjge Schicht gebilldet, di'e von der darunter liegenden Schicht getrennt ist un,d eine chemische Verbindung von 0 und Metal1 darsteilt, die d'urch Beizung sehr schwer zu ent- fernen ist. B'ei erhohter Temp. gebildete weiBe Schichten be- stehen aus gehartetem M,etall mit avstenitisch-martensitischem Gefiige. - H. M. E. L. (1 a. 1752f)

Keiniger und Korrosionsschutzmittel fur Teile von Ver- brennungsm'otoren. P e t r o C h e m i c a 1 L a b o r a t o r i e s Inc. Brit. P. 83585080 v. 25. 5. 1960; n. C. A. 54 (1960) Nr . 20, 21802e. - Gemisch von raffiniertem Mineral01 2 bis 95 O/o mir Zusatz von Aldehyden oder atherischen aldehydhaltigen Olen als Zugabe zum Kraftstoff od,er in den Kurbelkasten. - H. M. E. L. (la.1334f)

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Werkstoffe und Korrosion